エリトリトール粉末それは何からできていますか?

エリトリトール(erythritol)または(2 r,3 s) -ブタン-1,2,3,4-テトラロール((2 r,3 s) -1,2,3,4-tetrol)は、多水性アルコール(糖アルコールとしても知られる)のファミリーに属する。エリトリトール(erythritol)は、分子量122。12の4炭素糖アルコールであり、糖アルコール類の中で最も小さい。それは光学的に活性ではなく、対称的な形、すなわちラセミとしてのみ存在する[1]。

Erythritol, a four-carbon polyol, is widely found in nature. It can be isolated from fruits (pears, grapes, melons), mushrooms, alcoholic beverages (beer, wine, sake) and fermented foods (soy sauce, bean paste), and is also found in the body fluids of humans and animals, such as lens tissue, serum, plasma, fetal fluid and urine [2]. Erythritol was first isolated in 1852, but it was not until 1990 that it appeared on the Japanese market as a new natural sweetener. Erythritol has now been approved as a food additive in at least 55 countries. Like other polyols, such as xylitol, sorbitol, mannitol, lactitol or maltitol, erythritol has sweetening properties. Its sweetness is about 60% to 70% that of sucrose, and its taste and texture are similar to those of sucrose. However, due to its small molecular weight, the metabolism of erythritol in the human body is different from that of other sugar alcohols, giving it unique physiological properties such as low calories, high tolerance, few side effects, and suitability ためdiabetics, as well as being non-cariogenic [3]. In addition, erythritol is also a free radical scavenger with antioxidant properties [4].

1. Erythritol製法

Erythritol production methods mainly include direct extraction, chemical synthesis and microbial fermentation. The direct extraction method refers to the extraction of erythritol from natural sources such as fruits or vegetables. However, since the content of erythritol in nature is too low, the direct extraction method is rarely used. Compared with other polyols, erythritol is not suitable for chemical synthesis. The high temperature conditions and nickel catalysts required make it difficult to produce, with low product yield and poor economic benefits, so it is difficult to be adopted in large-scale industrial production [5]. As early as 1950, erythritol was found in the residue after fermenting black molasses with yeast, and this discovery opened up a new way of producing erythritol, namely microbial fermentation. At present, the microbial 発酵method for producing erythritol is becoming more and more mature, and it is the main method for industrial production.

2エリトリトール発酵製造法の最適化

2.1培地の最適化

培地の組成は、微生物の成長に重要な調節効果を持つ。そのため、培地を調製する際には、微生物の増殖ニーズを満たすとともに、目的の製品を効率よく生産することが必要です。同時に、副産物の生産を避けることも考慮すべきです。そのため、多くの研究者がエリスリトール発酵培地の最適化に関する研究を行っており、表1に示すように炭素源と窒素源に注目した研究が進んでいる。

2.2代替炭素源

エリトリトールの工業的生産のために一般的に使用される基質はグルコースであり、良好な発酵結果を有するが、比較的高価である。現在では、代替基板を使用してさらに生産コストを削減するのが一般的です。現在報告されているグルコースの代替炭素源には、表2に示すように、グリセロール、キシロース、糖蜜、イヌリン、外食産業の油脂、フルクトース、ショ糖などがある。これらの中で、グリセロールはグルコースの代替炭素源の研究のホットスポットです。

There have been many studies on glycerol as a new carbon source for the fermentation of erythritol主に純粋なグリセロールと粗グリセロールを含みます。原油グリセロールは主にバイオディーゼル産業の副産物である。エリトリトールの発酵製造に使用することで、エリトリトールの製造コストを削減するだけでなく、バイオディーゼル産業の廃棄物処理問題を解決することができます。現在、より多くの研究がyarrowialipolytica株で行われています。さらに、グリセロールからエリトリトールへの変換はmoniliellamegachiliensisでも観察できます[11]。

y . lipolytica株は、純粋なグリセロールをエリトリトールに効果的に変換するだけでなく、産業廃棄物からの粗グリセロールも使用できます。さらに、粗グリセロールの化学組成は複雑で、多くの不純物が含まれています。主な不純物は発生源によって異なり、メタノール、塩、金属などの化合物で汚染される可能性がある。

それは、株yarrowialipolyticaはグリセロールを利用することができ、異なるソースからの粗グリセロールで成長することができます言及する価値があります。また、グリセロールをエリスリトールの発酵基質として用いることで、発酵後の副産物の発生を効果的に抑えることができる。グリセロールは、グルコースを炭素源として使用する発酵中の主な副生成物の1つです[12]。また、グリセロールとエリトリトールの分離は特に困難です。グリセロールを発酵基質として使用すると、発酵終了前に完全に消費することができ、その他の副生成物の含有量を10%未満に低減することができます[13]。総合的な分析によると、グルコースとグリセロールの発酵過程におけるエリトリトール濃度の最大値は同程度であるが、後者の収量は低い。グリセロールの添加量は培養系によって異なる。グリセロールはバイオディーゼル産業の副産物であり、不純物の含有量は高いが、商業的価値は低い。しかし、バイオプロセスの炭素源として大きな可能性があることが報告されています。

キシロースはヘミセルロースの主成分で、自然界に豊富に存在します。近年、キシロースは微生物発酵の炭素源として注目されています。安価な工業副産物としての糖蜜は、エリトリトール生産のための炭素源として研究されている。糖蜜は、エリトリトールの合成ではなく、細菌細胞の増殖に直接使用されることに注意すべきである。糖蜜は微生物発酵の開始時に細菌細胞を蓄積するために使用され、その後にグリセロールが添加されて浸透圧を高め、エリトリトールの生成を誘発します[14]。

Inulin is a polysaccharide found in the roots and tubers of plants such as エルサレムアーティチョークチコリダリアヤコン糖蜜と同様に、イヌリンは再生可能で安価であり、微生物発酵のための理想的な炭素源である。糖蜜と同様に、イヌリンはエリトリトールを生成するためにy . lipolytica株との二段階発酵プロセスにも使用されている[15]。さらに、y . lipolyticaを活用して&#油で成長する39の能力は、それが廃食用油に添加され、発酵後、エリトリトールが発酵システムから抽出された[16]。

c . magnoliae kfcc 11023株は、グルコースよりもフルクトースを炭素源とすることが報告されている。フルクトースを炭素源とするバッチ発酵方式で発酵させると、エリスリトール濃度は炭素源のブドウ糖の21.25倍であるが、副産物のグリセリン生成量は77 g・l-1に達する[17]。また、この株が、ショ糖基板として、などの発酵に転用するerythritol濃度は65 g・L-1換算率は0.21 g・てろ助け収益率が1.0 g・L-1・h-1つまり安価な産業副産物の糖蜜と主にショ糖、炭素源として利用できることで、さらなるコストダウンを図る。

2.3代替窒素源

Nitrogen sources are nutrients that provide nitrogen for microbial cells and metabolites. Commonly used nitrogen sources can be divided into two categories: inorganic nitrogen sources (ammonium sulfate, nitrate, ammonia and urea, etc.) and organic nitrogen sources (soybean cake meal, peanut cake meal, cottonseed cake meal, corn syrup, peptone, yeast extract and fish meal, etc.). The nature and concentration of the nitrogen source are very important parameters in the fermentation 生産erythritol. In order to obtain a large erythritol production capacity, it is necessary to optimize the type and amount of the best nitrogen source for different strains.

純粋なグリセロールを炭素源として定常培養した条件下で、y . lipolytica wratislavia k1株によるエリトリトールの生成に対する無機および有機窒素源の影響を調べた。その結果、4.6 g・l-1硫酸アンモニウムを含有する一定培地中のエリスリトール含有量は103.4 g・l-1と高く、無機窒素源(4.6 g・l-1硫酸アンモニウム含有)条件では1.12 g・l-1、99.6%の最適なエリスリトール収率と転換率も得られた。 L-1。また、無機窒素源(4.6 g・l-1硫酸アンモニウム)、1.12 g・l-1・h-1、0.52 g・g-1の培養条件でも最高のエリトリトール収率と変換率が得られた[18]。ska Rywińらy使用lipolytica Wratislavia K1が実験対象として选ばれるerythritolを行っ発酵実験を様々な説無機・有機窒素だ。その結果、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウムおよび酵母抽出物が最良の窒素源であり、硫酸アンモニウムの窒素源でも最良のエリトリトール収率および変換率が得られた[9]。以上の結果とは対照的に、k1株では有機窒素源の方がエリトルloseの発酵に適していることが報告されている[21]。

グルコースを炭素源として培養したところ、硫酸アンモニウムは酵母抽出物よりもエリスルロース発酵に適していることが確認された。しかし、グルコースと硫酸アンモニウムの濃度が最適濃度を下回ったり上回ったりした場合には、その濃度は低下したerythritol収益率大きく異なることができます。[8]

さらに、p. tsukubaensisとmoniliella sp.をトウモロコシ浸漬粉末と酵母エキスを発酵窒素源として混合したところ、エリスリトール収量が最も高くなった[22,23]。torula sp.株では、酵母抽出物を唯一の窒素源として使用した場合に最も高いエリトリトール収量が得られた[6]。これは、窒素源の種類が株によって異なることを示しており、窒素源の種類が株によって発酵中に生産されるエリトリトールの収量と生産性に直接影響することを示しています。

3発酵工程の改善

培養系は、発酵後のエリトリトールの最終濃度を決定する重要な要因の一つである。効率を向上させるために、表3に示すように、エリスリトール発酵プロセスは、主にバッチ発酵、fed-batch発酵、二段階発酵、連続発酵を含む継続的に改善されています。

エリスリトールの生産は通常バッチモードで行われ、初期グルコース濃度が高いとエリスリトールの生産が増加する。バッチ発酵では、発酵開始時に必要な基材をすべて導入し、基材が枯渇した後に製品と副生成物を抽出します。簡易バッチ発酵は操作が簡単ですが、エリトリトールの収量と濃度は低いです。

エリトリトールを発酵させるための最も一般的な培養プロセスはバッチ給餌である。バッチ供給は、培養プロセス全体を通じて高い浸透圧を維持することができます。これまで報告されている最も効率的なエリスリトール生産プロセスは、p . tsukubaensis株を発酵株として用いたfed-batch発酵で、最大2.86 g・l-1・h-1の生産性を有し、バッチ条件下でのエリスリトール生産量は73%増加した[22]。

High osmotic 圧力can increase the yield of erythritol細菌細胞の増殖も抑制しますこの問題に対処するため、2段階発酵過程も整備され、バクテリア細胞の成長を促し低浸透圧条件発酵の初期段階でそして内の浸透圧を引き上げ後発酵する段階の代谢を促しによるerythritolバクテリア[24]大人です

また、エリトリトール製造のための微生物発酵法に連続発酵法を適用したことも報告されている。連続発酵では、定期的に培地の一部を新鮮な培地に交換します。この方法は、有効な生産フェーズを延長することで生産性を向上させることができます。欠点は、外来細菌に汚染される可能性が高く、突然変異によって株が退化しやすいことです。解決策は、細菌汚染を防ぐためにphを下げることです[13]。

4培養条件の最適化

The production efficiency of erythritol depends to a large extent on the culture conditions: osmotic pressure, temperature, pH, dissolved oxygen, etc. are all important technical indicators related to the fermentation of erythritol.

浸透圧ストレスはエリトリトールの生産の主な原因の一つである。浸透圧を調節するには、主に2つの方法があります。1つは、グルコースやグリセロールなどの基質を高濃度にする方法で、もう1つは塩を追加する方法です[28]。浸透圧制御は比較的複雑なプロセスである。浸透圧の上昇はエリスリトールの生産量の増加と副生成物の形成の減少をもたらす。しかし、浸透圧が高すぎると発酵株の発達の遅れが長くなり、エリトリトールの生産性が低下する[24]。

系統によっては、温度、ph、溶存酸素がエリトリトールの生成に大きな影響を与えることが研究によって示されており、表4に示すように最適値は様々である。

5展望

Nowadays, more and more people are paying attention to a healthy lifestyle, and the demand for polyols is also growing. How to achieve the efficient and low-cost industrial production of erythritol has become the focus of attention of many scholars. Erythritol has many of the same properties as other sugar alcohols。しかし、自然発酵によって工業的に生産される唯一の糖アルコールである。学者たちは生産能力を高めるために多くの研究を行った。まず、高性能なエリスリトール産生株を得た上で、収量と転換率を最大化するために培地の組成と培養条件を最適化・調整した。

また、安価な再生可能炭素源の検討を中心に、効率的な生産コストの削減にも多くの努力が払われており、副産物のリサイクルの観点からも、エリスリトールの共同生産の研究開発が成功している。しかし、エリトリトール代謝遺伝子発現の制御に関する研究は比較的少ない。代謝過程におけるいくつかの重要な酵素が同定されているが、エリスリトール微生物代謝経路は遺伝的レベルではまだ不明である。今後は、エリトリトールの合成に関わる遺伝子や制御因子を網羅的に理解するために、遺伝子制御分野を目指すことが望まれる。これはエリトリトールの微生物発酵を効果的に制御し、エリトリトールの工業生産を効率的に行うための強力な基準となることは間違いありません。

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